《基於離子電流為信號源的發動機燃燒診斷的基礎研究》是依託西安交通大學，由高忠權擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於離子電流為信號源的發動機燃燒診斷的基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：高忠權
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
離子電流法是一種新型的線上測量技術，相比於傳統的壓力感測器、雷射法等，由於其具有結構簡單、價格低廉、回響性能好等優點，現已成為發動機電控領域的研究熱點。目前，離子電流法套用於電控系統的瓶頸問題是：離子電流的主導因素與獲取燃燒信息的原理不明確。本項目將研究：（1）分析定容燃燒裝置中不同比例的CH4/CO/H2混合氣燃燒過程中產生的離子電流變化規律，採用CHEMKIN化學反應動力學軟體計算燃燒中間產物的濃度分布，從化學反應元素源頭推導主導離子電流的離子化反應種類，提煉通過離子電流提取燃燒與排放信息的原理；（2）在發動機汽缸墊上布置多個電極，根據各電極測得的離子電流提取壓力、火焰傳播以及發動機運轉工況等信息，並結合神經網路算法預測缸內燃燒狀態，闡明離子電流測量非正常燃燒的機理。本項目研究所得的數據可以用於指導開發基於離子電流為信號源的新型發動機電控系統，具有重要的科學意義與工程價值。
結題摘要
針對離子電流法套用於電控系統存在一個“瓶頸”問題：離子電流的主導因素和獲取燃燒信息的原理不明確，項目通過在容彈試驗裝置上改變測量電極的布置方式、混合氣燃料的種類，以及在發動機試驗裝置上汽缸墊周圍安裝多個測量電極等試驗方法，重點研究了測量電極的布置方式和幾何結構、燃料中化學元素（N、H、C）、火焰碰壁對離子電流特徵峰的影響，深入分析了離子電流特徵峰的成因，詳盡探討了火焰與電極接觸時火焰前鋒面內帶電粒子被電極吸收在離子電流形成中起到的作用，揭示了NO熱離子化在焰後區離子電流形成中發揮的作用。本項目還提出了利用離子電流法獲取層流燃燒信息的方法。在定容燃燒彈布置一對測量電極，通過測量和分析燃燒過程中的離子電流信號，提出離子電流法測量平均火焰傳播速度與前鋒面火焰厚度的方法，並對常溫下不同過量空氣係數（lamda=0.75~1.1）、摻氫比（0~80%，10%遞增）和預混壓力（P0=0.8atm、1.0atm、1.2atm）下CH4/空氣混合氣燃燒火焰的平均傳播速度和前鋒面火焰厚度進行了測量，並與傳統光學紋影法的測量結果進行了對比.結果發現：對於常壓下過量空氣係數為0.8的CH4/空氣/H2混合氣預混燃燒，在摻氫比0~80%時，利用離子電流法測得的平均火焰傳播速度隨摻氫比增大而增大，而前鋒面火焰厚度隨摻氫比增大而減小，測得的火焰速度分別為2.02、2.14、2.43、2.65、2.95、3.40、4.29、5.81、8.18 m/s，而火焰厚度分別為1.46、1.37、1.22、1.11、1.06、0.95、0.86、0.87、0.82 mm，相對於紋影法的誤差均在5%之內。驗證了本方法的可行性，為離子電流法測量層流火焰傳播特性的新方法提供了理論和試驗依據。
